Ноябрь 2017
 
Email

А. Варламов. Лунный тормоз

 
Опубликовано 05.07.2010
 
 

Люди, которые живут на берегу открытого моря, очень хорошо знают явления приливов и отливов.  На этой картинке мы видим не шторм – это прилив, который может в каком-нибудь Ла-Манше захватывать сотни метров, а то и километров. Эти волны и есть прилив. Когда прилив сменится отливом, то останутся лужи, в которых можно собирать устриц, находить рыб и крабов. Через 12 часов отлив сменится приливом.

 
 

С давних времен люди понимали, что явления приливов связаны с влиянием Луны на мировой океан. Период обращения Луны вокруг Земли – 24 часа.  Поэтому  существует такая наивная теория  приливов: я  представляю себе, что Земля покрыта равномерно океаном, Луна воду притягивает, поэтому вода собирается поближе к Луне, и образуется такой горб. А Земля крутится вокруг своей оси, и поэтому каждые 24 часа в каждой точке земного шара побывает этот горб. Я бы сказал, что каждый прибрежный город пройдет сквозь этот горб раз в 24 часа.

Это красиво звучит, но это все неправда. Неправда, потому что приливы бывают каждые 12 часов, то есть два раза в сутки. И вот это уже трудно объяснить существованием одного такого горба.

Надо подумать, что луна действительно является причиной.  Но причина более сложная.  Возьмем такую модель: представьте, что у меня есть гантелька и на ней два шарика:  тяжелый и легкий.   И  я на льду ее крутану.  Легкий шарик будет крутиться вокруг  тяжелого?  Нет.  И легкий будет крутиться, и тяжелый. И крутиться они будут вокруг общего центра масс. Этот центр масс на практике легко найти. Возьмите, например, швабру – где у нее центр масс? Проведите такой эксперимент: возьмите швабру, поставьте пальцы и сдвигайте их по направлению друг к другу. Если вы будете делать это медленно, вы увидите, что пальцы у вас сдвинутся в точке, где швабра будет находиться в  равновесии, она не упадет ни вправо, ни влево. Это и есть центр масс. Есть способы нахождения центра масс и математические, и практические. В любом случае ясно, что Луна меньше Земли и расстояние между ними около 300000 км. Если посчитать, где находится центр массы системы Земля–Луна, то  окажется, что этот центр массы находится внутри Земли. Поэтому Земля все равно крутится относительно центра масс, но это практически для нас незаметно. Тем не менее, это очень важно для понимания физики приливов и отливов. Представьте себе картинку Луна–Земля.  Есть точка «О» (центр Земли) и точка «С» (центр масс системы Луна–Земля), и вся эта система вращается относительно точки «С»  с некоторой угловой скоростью. Угловая скорость соответствует периоду в 24 часа. Давайте перейдем в систему, которая тоже вращается. Это плохая система, это не то, чему учат в школе,  потому  что эта система неинерциальная.  Например, трамвай на повороте тоже неинерциальная система.  Вы знаете, что вы вроде бы стоите, на вас действует сила тяжести и действует сила реакции, вы крепко держитесь за ручку, но когда трамвай или автобус поворачивает, какая-то неодолимая сила вас отбрасывает от центра вращения. Это  центробежная сила. Есть такая сила или нет, эту силу нужно писать в уравнениях Ньютона для того, чтобы они были правильные в неинерциальных системах отсчета. Вот мы перешли в неинерциальную систему отсчета, и поэтому тут есть центробежная сила.

 
 

Что такое центробежная сила здесь? Будем считать, что океан равномерно покрывает Землю, и он образовал некоторую сферическую оболочку в точке  «А». Действуют какие силы? Во-первых, притяжение к Луне, во-вторых, эта точка вращается относительно точки «С». Поскольку ось вращения находится внутри Земли, то сила притяжения к Луне и центробежная сила складываются, и горб получается большой. Теперь смотрим, что происходит в точке B.  В точке B тоже есть сила притяжения к Луне, она меньше, чем была здесь, но это маленькая разница.  Зато центробежная сила больше, чем была в точке «А»,  потому  что расстояние от «С» до «B» больше, а у нас центробежная сила - это есть масса на квадрат циклической частоты вращения и на расстояние от оси вращения. Поэтому я  вижу, что здесь есть разность центробежной силы и силы притяжения и здесь суммарная сила меньше. Но тут тоже образуется горб. В результате, когда я рассмотрел мое явление во вращающейся системе отсчета,  а мы в ней и живем,  у меня  благодаря центробежной силе и силе притяжения  образовалось два горба:  со стороны Луны и с противоположной стороны из-за этого вращения. Но я считал, что у меня все взаимодействия мгновенные, что  жидкость у меня не сжимаемая. В действительности, во всех взаимодействиях, которые происходят, имеется некоторая деформация. Воде нужно время, чтобы почувствовать все эти силы, которые действуют, надо разогнаться. Поэтому в действительности этот горб находится не на прямой между центром Земли и центром Луны, он  чуть-чуть смещен, потому  что Земля крутится, и за счет вязкости она вовлекает слои воды в свое движение. Поэтому имеется некоторое запоздание с обеих сторон.  Таким образом, приливные водяные горбы запаздывают и смещены относительно линии, соединяющей центры Земли и Луны. Тем не менее, их два, а раз два, то это означает, что если я зафиксирую тут какую-то точку, то через меня будет проходить океан два раза в сутки.

 
 

Еще одно интересное наблюдение.  Биологи изучали найденные  в море кораллы, которым 400 миллионов лет. На этих кораллах были обнаружены два типа колец – одни были связаны с суточным циклом, а другие – с годичным циклом. Оказалось, что на годичный цикл 400 млн. лет назад приходилось 395 колец, а не 365. Это означает, что поскольку год зависит не от Луны, а от вращения Земли вокруг Солнца, то  мы можем считать, что за такой короткий срок  как 400 млн.  лет,  в астрономическом смысле он не изменился.  Это означает, что на сутки приходилось 22 часа, а не 24 потому, что 395 суток в году, а не 365. Сутки были короче, а сейчас длиннее, то есть вот этот прилив, Луна через влияние на океан, тормозит  Землю. Тормозит потому, что Земля крутится из-за инерционности своей массы – у нее есть момент вращения. Океан как бы слабо связан с Землей, но он трется,  а Луна создает вращающий момент. Вы видите, что ровно из-за того, что этот горб не лежит на прямой, а есть плечо силы, то возникает вращающий момент из-за гравитационного поля Луны. И он тормозит вращение Земли, и за 400 млн. лет мы уже потеряли 2 часа, то есть наши сутки стали на 2 часа длиннее и дальше будут еще длиннее, но сроки очень большие, поэтому мы что-нибудь придумаем.


 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
© "YOS" 2010-2011
ИНТМЕДИА